12. Refração da Luz

A velocidade de propagação da luz no vácuo (c) é exatamente 2,99792458.10⁸m/s, que consideramos aproximadamente como 3.10m/s (300.000km/s).

Quando a luz encontra um meio material em seu caminho, pode acontecer o seguinte:

- ser absorvida e transformada em outra forma de energia (energia térmica, elétrica);

-  ser refletida, e voltar ao vácuo;

- passar a se propagar em um meio material transparente à luz, como o ar, a água, o vidro, como exemplos.


Mas na superfície que separa meios transparentes diferentes (vácuo e ar, ar e água, ar e vidro, como exemplos) acontece um fenômeno chamado de refração da luz.


Na Óptica Geométrica, a refração da luz corresponde aos desvios sofridos pelos raios de luz ao atravessarem a superfície de separação entre os meios, quando incidem obliquamente (de forma inclinada) em relação à mesma.











Perceba que na animação acima, o raio de luz ao atravessar a superfície que separa os meios mudou de direção, aproximando-se da reta normal (poderia também ter se afastado, depois veremos o porquê).

Como a superfície é lisa, parte da luz também sofre reflexão.


Refrações Diferentes para Cores Diferentes de Luz

Cada cor de luz sofre uma refração diferente ao passar de um meio transparente para outro, ou seja, muda mais ou menos de direção em função da cor. A luz vermelha é a que menos muda de direção (menos se aproxima ou se afasta da normal), e a luz violeta é a que mais muda de direção (mais se aproxima ou se afasta da normal).


Por isso, um feixe de luz branca (formada por raios de luz de todas as cores) é separado ao atravessar um prisma, já que os raios sofrem refrações diferentes ao entrarem e saírem do mesmo, fazendo com que os raios de luz de cores diferentes sigam em direções também diferentes.






Caso o raio de luz incida na direção normal à superfície que separa os meios, ele não sofre desvio.











Na Óptica Física, e na Física Quântica, que buscam explicar a natureza da luz, a refração corresponde à mudança de velocidade de propagação ao atravessar a superfície que separa dois meios transparentes. 


Na Óptica Física, A luz é concebida como ondas eletromagnéticas. Na Física Quântica, como partículas de pura energia, os fótons. Em ambos os casos, a luz se propaga com velocidade (constante) no vácuo, e v (variável), em meios materiais transparentes, ou não homogêneos.


Se a luz é concebida como ondas eletromagnéticas, cada frequência de luz (cor) sofre uma mudança de velocidade de propagação diferente. A frequência da luz vermelha (3,8 . 10¹⁴ Hz  a  4,8 . 10¹⁴ Hz) é a que menos muda de velocidade ao passar de um meio transparente para outro. A frequência da luz violeta (6,7 . 10¹⁴ Hz  a  7,7 . 10¹⁴ Hz) é a que mais muda de velocidade ao fazer isso.


No concepção ondulatória da luz, os picos e vales das ondas são chamados de frentes de onda. Quando parte de uma dessas frentes chega obliquamente na superfície de separação entre os meios, não pode se partir ao mudar de velocidade, desse modo, muda de direção para conseguir acompanhar o resto da mesma frente de onda.






A explicação para o prisma, nesse caso, corresponde a separação da luz branca a partir da mudança de velocidade e direção para cada frequência de luz. Segundo essa concepção, a luz vermelha, de menor frequência, sofre um desvio menor, e a luz violeta, que tem maior frequência, sofre um desvio maior.










Na Física Quântica, a refração acontece devido às colisões entre os fótons (com energias diferentes) e os átomos do outro meio. Os fótons refratados tomam direções diferentes em função da sua energia. Nessa concepção, os fótons da luz vermelha, que têm menor energia, sofrem um desvio menor, os fótons da luz violeta, que têm maior energia, sofrem um desvio maior.











Euclides (302 a.C.) em sua obra Óptica e Catróptica, já procurava descrever os efeitos da refração na antiga Grécia, o que não significa ter sido um dos primeiros a se interessar pelo fenômeno.  Somente depois de quase dois mil anos, o astrônomo e matemático holandês Willebrord Snell (1580 - 1626) propôs as leis conhecidas para a refração, explicadas alguns anos depois pelo filósofo, físico e matemático francês René Descartes (1596 - 1650), que junto com o trabalho do matemático, físico, astrônomo e teólogo inglês Isaac Newton (1643 - 1727), que com sua teoria de emissão corpuscular, lançaram as bases da óptica moderna.

Então, vamos estudar as leis da refração?! 
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